基于区块链技术的物流运输系统设计研究

　　文/董文强安徽机电职业技术学院

　　摘要：在我国物流运输行业转型发展过程中，技术创新是促进行业高质量发展的关键支撑力，促进物流运输系统和区块链技术相融合，可进一步优化系统设计，促进物流运输效能提升，并增强物流产业的核心竞争力。本文介绍了区块链技术，以及区块链技术对物流运输领域的影响，在此基础上，提出基于区块链技术的物流运输系统设计。

　　关键词：区块链技术；物流；物流运输系统

　　引言

　　我国物流行业需求量从2020年起快速增加，甚至有的地区物流产业营收增速超过GDP增速[1]。2024年6月16日，由商务部流通业发展司、中国物流信息中心共同编写的《中国商贸物流发展报告（2023）》发布，报告显示，2023年中国商贸物流总额达126.1万亿元，同比增长5%[2]。另外，据中国物流与采购联合会公布的数据，2023年全年社会物流总额超过352万亿元[3]。在物流行业高速发展背景下，急需利用现代信息技术搭建更高效、智能的物流运输系统，助力构建智慧物流格局。区块链技术具有开放共识、信息可追溯、透明度高、去中心化等特点，将其用于设计开发物流运输系统，可为物流运输行业的稳定、高质量发展奠定坚实的技术基础。因此，有必要基于区块链技术合理改进并科学设计物流运输系统，高效推送最优运输路线，提高运输服务质量，控制物流成本。

　　1.区块链技术概述

　　区块链技术是随着数字货币的发展逐渐衍生出来并快速普及的。区块主要指的是信息块，其中含有时间戳，不同时间戳内的信息密切关联，若干信息块在相互连接后会形成完整的链条，这一链条就是区块链。区块链可分布于不同服务器内，服务器数量不受限制，一般只要存有区块链且正常运行的服务器数量不是零，就可保障区块链整体的安全性[4]。区块链技术体现出开放共识、透明度高、信息可追溯且无法篡改、无管理模块及中心管理设备等特点。

　　2.区块链技术对物流运输领域的影响

　　第一，区块链技术可打造更科学、更先进的物流运输系统，促进运输效率提升。区块链技术能够自动化地存储与更新信息，因此，物流运输系统内的各项信息也能快速更新，并可在对运输过程实现智能计算的基础上，确定最优运输路线，促进物流方和消费者之间无障碍沟通。

　　第二，引入区块链技术，可进一步加大物流运输过程的监管力度，优化物流环境。在时间戳技术的支持下，商品物流过程可实现全面溯源，能够加强全过程监管，打造优良的物流信用环境[5]。

　　第三，区块链技术有助于优化物流市场环境，该技术有去中心化特点，网络内信息不可被篡改，因此，系统数据不会被恶意篡改，能够保障物流过程更加可靠与安全。同时，技术可支持实时追踪物流信息，避免发生市场“乱”象，整合物流行业，优化市场环境。区块链技术支持下整合物流行业原理如图1所示。

　　3.基于区块链技术的物流运输系统设计

　　为充分发挥区块链技术推进物流领域发展的优势，本文着重以区块链技术为基础，优化设计物流运输系统，底层选用以太坊区块链，访问接口主要选择智能合约，经流程转化后形成交易模式，由此确保系统内各项操作信息能够实时存储及更新，所有节点均可验证相关信息的真实性，使运输信息更具透明性，操作过程具有公开性[6]。

　　3.1系统架构设计

　　系统架构设计中，为保证满足可扩展性要求，更便捷地进行系统开发及升级等，经对比分析B/S及C/S两种架构的优缺点，最终选择以B/S结构设计物流运输系统。系统包括数据层、控制层、应用层，同时，用户应用和数据彼此隔离，用户仅可浏览系统界面，无法参与系统数据处理，既可为系统检测及开发提供便利，也能保证系统的安全性及稳定性。

　　（1）数据层需要根据控制层所传输过来的活动数据情况实现分类处理，相关数据要先和智能合约相交互，随后在区块链网络内直接储存，并为后续数据管理奠定基础。区块链上既有智能合约代码，也有管理员、车辆、司机等信息，用户可通过账户登录对权限内数据予以查询。另外，设有遗传算法模块，基于此模块挖掘区块链内客户及司机信息，智能化制定最优运输线路[7]。

　　（2）控制层（业务层）主要是实现系统业务，为保证系统具有良好的可扩展性，着重打造Java Script运行环境，同时通过Solidity语言进行智能合约的编写，还设置有外部接口用于读取和储存区块链数据。应用层所产生的业务数据经转化处理后形成交易数据，相关数据存储部位就是区块链，同时，相关节点会按照系统运行要求工作，增加数据透明度，避免数据被随意篡改。例如，用户想要查询某项业务的信息和数据，就会在系统中提交查询请求，之后由分布于控制层的用户接口对相应请求予以处理，结果会可视化地展示在应用层。

　　（3）应用层能够根据用户需求及查询申请项目等，将业务相关信息展示出来，使系统、用户双向交互，所呈现的信息不仅包含业务数据，还会展示业务流程等，方便用户动态掌握业务状态，并按需操作。用户操作数据在转成业务数据之后，会上传至控制层，随后，控制层进行数据处理，形成业务操作结果，展示在应用层，方便用户读取相关信息。应用层涉及多个基础功能模块，如仓储管理、运输管理、用户信息等。

　　3.2功能模块设计

　　本文以区块链为基础所设计的物流运输系统主要包括以下四个功能模块。

　　（1）运输管理需求模块。货物运输中会产生一系列业务，而相关业务就是此模块管理重点，具体功能主要有车辆配载、更新运单状态等，同时还会对相关业务展开信息管理。模块信息上传期间，驾驶员可利用设备终端实时将货物运输状态信息及位置信息等输入系统。同时，系统自行上传信息，这些信息主要与车辆、驾驶员、用户等相关，通过信息存储及更新，能够为后期追踪溯源提供可靠依据。

　　（2）仓储管理需求模块。该模块重点是以货物存储情况为管理对象和目标，所涉及的信息有出入库、移库和库存等。这里的移库是指仓库至仓库的货物转移活动。

　　（3）用户信息管理模块。这属于核心模块，重点管理用户权限设置、人员登录、审核、信息注册等。使用此系统，要求用户先实名注册并认证，自动生成区块链地址，由此可确定用户的唯一身份。

　　（4）订单信息管理模块。通过此模块可处理订单相关信息，还可统计业务订单。订单统计期间，可结合需求确定时间段，获取所需报表，并对内部信息进行自动化分析与归类整理，为后续企业科学制定决策提供参考依据[8]。

　　3.3智能合约设计

　　本文在以区块链为基础设计物流运输系统过程中，主要将区块链视作所有数据的存储点位，因为该部位数据包含在智能合约数据结构内，须着重设计智能合约数据结构，细化确定合约数据结构、接口形式、数据引用和处理方法等。

　　一方面，在智能合约设计中要进行数据设计。明确具体的数据读写接口后，可更便捷地进行访问权限设置，接口和功能合约操作相互对应，访问中不可选用其他方式。此次设计中，主要选择以mapping映射形式使信息结构体在区块链中存储，包括业务、环节、用户等信息。在智能合约内部，无论是映射还是结构体，其存储形式均是状态变量。在智能合约函数利用下，可满足多种操作要求，包括增/删、修改等。

　　另一方面，在智能合约设计中需进行功能设计。此次设计主要针对上述四大功能模块对应结构进行智能合约的设计，并以业务逻辑为基础对不同功能模块设计相关外部接口。以运输管理需求模块为例，查询车辆信息对应接口为getvehicle，修改车辆信息对应接口是modifyvehicle，查询运输单号的接口是searchOrder，信息上传对应接口为upoadMsg，运输状态更新接口是updateOrderStatus，更改运单信息的接口是updateOrderMsg。

　　3.4算法模型设计

　　由于不同用户存在不同的服务需求，为提升运输服务质量，着重围绕车辆配载业务进行算法模块的设计，据此优化设置更科学的车辆运输路径。

　　在实际设计中，需先获取车辆配送时间、行驶路径等历史数据，据此对各线路和各时间段状态情况展开预测，从而在只有一个配送中心但有多个客户节点的场景下优化设置配送线路。其间要对所有约束条件进行全面考量，对不同配送路线所产生的成本进行精细化计算，找出总成本最小的路线，构建优化模型，从而控制整体运输成本，并提升服务质量和效率。

　　为使运输成本最小化，主要应使固定、运输、惩罚三项成本之和最小，据此确定模型公式为

　　（1）

　　在公式（1）中，MinZ指运输成本最小值，C1指固定成本，C2指运输成本，C3指惩罚成本。

　　具体约束条件是

　　（2）

　　（3）

　　（4）

　　在公式（2）、（3）、（4）中，xik代表车辆（k）为客户（i）配送；Qi代表为客户（i）所配送的货物载重；xijk为0的情况下，代表车辆（k）没有在客户i和j间配送，在xijk为1的情况下，代表车辆（k）在客户i和j间配送；Dk代表车辆（k）行驶距离最大值；ri代表客户（i）货物配送需求量，即客户货物配送需求量总值应不高于车辆载重量极大值。

　　3.5系统实现

　　近年来，河南宇鑫物流集团开始不断升级物流系统，虽然通过GIS和GPS优化了货物追踪服务，但运营中仍有多项不足，如溯源机制存在缺陷、信息传输相对滞后、资源分配不够合理等。为改善现状，将本文所设计的以区块链为基础的物流运输系统嵌入河南宇鑫物流集团系统体系内，既可发挥区块链技术在物流运输领域的优势，也能实现并验证此系统设计的合理性。

　　在系统开发中，首先优化开发环境，底层架构选用以太坊区块链技术。在智能合约编辑中，主要选择Solidity语言函数，同时，将以太坊区块链视作关键的执行环境，应用层通过Windows系统开发，以Java语言编辑源代码。系统开发设计中，基于仓储需求、运输需求、用户信息管理以及订单管理、系统登录各模块，分别设置差异化的访问入口，再根据不同模块功能设置等确定界面显示信息，用户根据权限、使用需求及界面信息提示逐步操作。

　　为验证算法设计是否合理，设计实验中着重收集河南宇鑫物流集团物流运输实践中存在的问题，结合运输记录数据，分析各项运输成本，基于相关数据进行模拟测试。模拟数据主要是选择某个城市的30个投递点，之后确定不同配送中心对应坐标，再计算坐标数据，收集不同投递点的需求、位置、服务时间等信息。结合该城市物资配送情况，并合理调试模拟数据，确定车辆路径优化模型及相关参数，包括初始种群、交叉概率、迭代频次、代沟、变异概率等。

　　结果显示，算法可在短时间内获得接近于最优的解，整体搜索能力良好，在迭代频次增加过程中，最优值持续增加稳定性，代表这种情况下局部搜索能力占据主导地位。经算法求解，证明所设计算法模型在优化车辆路径方面具有良好的稳定性和快速收敛性。系统经功能、性能测试，表明系统能够可靠且安全地运行，系统性能测试结果如表1所示。

　　结语

　　以区块链技术为基础设计开发物流运输系统，可基于该技术的开放共识、可追溯、业务透明、去中心化等特点，进一步丰富系统功能，利用区块链技术优势，科学制定最优的物流运输线路，合理控制运输成本，切实提升服务质量和客户满意度，推进物流运输领域高质量发展。

　　参考文献：

　　[1]济南市统计局国家统计局济南调查队.2021年济南市国民经济和社会发展统计公报[N].济南日报,2022-3-4(A06).

　　[2]李婕.中国商贸物流发展报告显示：去年中国商贸物流总额超126万亿元[EB/OL].(2024-06-19)[2024-07-20].https://www.gov.cn/yaowen/liebiao/202406/content_6958134.htm.

　　[3]王善涛.2023年我国社会物流总额超352万亿元[EB/OL].(2024-02-07)[2024-07-20].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1790205007307926032&wfr=spider&for=pc.

　　[4]张显,冯景丽,常新,等.基于区块链技术的绿色电力交易系统设计及应用[J].电力系统自动化,2022,46(9):1-10.

　　[5]陈燕婷,李登峰.航运物流区块链平台的投资决策与协调[J].计算机工程与应用,2023,59(14):293-305.

　　[6]张国强,王清华,胡霖玮,等.运用区块链提升军用食品供应链可信溯源水平的思考[J].包装工程,2023,44(11):124-131.

　　[7]邱子桐.区块链技术在智能物流场站中的应用[J].工程抗震与加固改造,2023,45(4):181.

　　[8]笪如军.区块链技术赋能煤炭企业智慧物流平台建设的机理研究[J].中国煤炭,2022,48(9):80-86.

　　作者简介：董文强，硕士研究生，助理实验师，807294241@qq.com，研究方向：物流工程。